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等宽无堵塞泵叶轮水力CAD的数学模型.pdf

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等宽无堵塞泵叶轮水力的数学模型 查青王德军杨敏官 清华大学热能系 摘要介绍了等宽无堵塞泵叶轮水力的轴面投影图、平面图的数学模型及其绘型方法,首次将变角 螺线型数学模型应用于叶轮流道的设计,并分析了应用单圆弧、双国弧及变角螺线型数学模型绘制叶轮平面 图流道的优缺点。 关键词等宽流道叶轮水力数学模型 概述 , 无堵塞泵的独特优点是,只要能从叶轮吸期方便快捷地运用多种方法进行多次比较设 ,。 人口进人的物料皆能从出口排出,且对物料不计从而得到满意的设计结果 造成损坏。因此,可输送含大直径固体颗粒、 含长纤维的污泥、粪便、生活污水、垃圾、生叶轮轴面投影图的数学模 物鱼、虾等及植物苹果、蔬菜等,广泛应用型 于采矿、冶金、化工、食品等部门。 我国污水泵的设计研制工作要比离心泵、关键几何参数的确定 混流泵、轴流泵晚开展得多,其水力模型的开叶轮进口直径与出口宽度肠 , 发工作也很少进行。等宽流道式叶轮或称管式由于等宽无堵塞泵输送介质的特殊性所 , 叶轮,其水力设计已不能依据常用的建立在叶以进口流速不宜取得太大考虑到流道中间流 , 栅理论基础上的叶片泵的设计理论,设计者常线不致太短同时为了照顾到出口宽度,进口 。 常是依靠样机实型、试验结果来取得经验设计流速也不能过低一般要求进口流速在 数据,这常给设计带来很大的盲目性。由于市,之间取值,也可按下式计算 , · 场的需求广泛多样现有的手工经验设计方法“二‘ 已经很难满足这一要求。于是,建立一个较为猎 完善的、能提供较宽比转数范围的无堵塞泵设式中二一 , 计的数学模型显得尤为迫切。先将仅有的优秀如前所述等宽无堵塞泵是以满足从叶轮 水力模型收集建库,设计优化函数,建立关键进口能够进人的物料,皆能从其出口输出为特 。, 参数的优化曲线,向设计者提供可视化的模拟征因此其出口宽度即等于进口直径 值。利用设计的数学模型,在系统上述肠的取值已经兼顾了出口宽度几的计 下,运用等编程工具,制作可视算。 化的等宽无堵塞泵的水力软件,已势在叶轮外径众 必行运用软件设计可以大大缩短一次设计周等宽双流道无堵塞泵已经不同于有栅叶轮 水泵技术洲 的叶片泵,故以叶栅理论为基础的叶片泵的设 计方法不完全适用,实践经验及成功的设计实 例成为新泵设计的主要依据。正因为如此,一 方面,以成熟的型谱特性曲线为依据,模拟换 算得到新泵的叶轮外径几另一方面,在软件 设计中,可根据叶轮出口直径系数而确定叶 轮外径。 即猎 当泵的比转数时,几法按包格尼茨阵 “ 卡娅公式计算 一‘图 、二’“ 命建立叶轮平面图数学模型的关键是如何确 当泵的比转数‘时,按包格尼茨定叶轮流道平面投影图的两条边界流线以下 , 卡娅公式计算简称流道流线目前常用的数学模型是单圆 ‘, 、二。一一’’弧及双圆弧本文还建立了变角螺线型数学模 川命型的设计方法。下面即具体介绍三种型线的数 , 数学模型学模型及绘型方法并对三种模型的设计结果 进行理论分析与比较。当然,应用软件完成一 次设计是非常快捷方便的。软件界面、操作方 式、系统资源等可参见文献【 卜受单回弧型 少如图所示,叶轮平面投影图流道流线即 爷。, 是一段单圆弧型曲线当确定后外流道圆 弧的半径凡即确定,二内流 道圆弧的半径,二一。这样即 可绘制出外流道流线与内流道流线。为 了得到双流道,将流线、围绕轴心,同 图时旋转即可。可以看出的取值不同, , 等宽无堵塞泵叶轮轴面投影图的数学模型流线与流线的包角也不同且随着的增 ,, 是前、后盖板流线皆是以“直线圆弧一直线”大两流线的包角皆随之减小流道长度减短 ,,, 拟合的光滑曲线。根据上述确定的关键几何参反之减小两流线的包角皆随之增大流 。 数,即可绘制叶轮的轴面投影图如图所道长度增长一般的取值为二肠 ,。, 示。图中,、其它参数的关系是,叶轮前、后肠可以看出单圆弧型流线其数学 ,, 盖板倾角相等,且一般取二、二。前、后模型简单流线上安放角变化剧烈流道较 盖板的过渡圆弧半径关系是凡二一,且短。 两圆弧是同心的。 双国弧型 叶轮平面图的数学模型为了克服单圆弧型流线的缺点,人们自然 水泵技术力 图图 想到应用双圆弧型流线,如图所示。双圆弧得到双圆弧型双流道。 流线的数学模型仍然较为简单,关键是如何决在建立双圆弧型流道流线数学模型的过程 , 定前、后圆弧过渡点的中间圆半径,及前、中我们不难看出①双圆弧型流道流线可以保 后段圆弧的大小。证流线的均匀光滑过渡,有限的增加流道的长 图中,前段圆弧的参数是这样确定的度,使内、外流道流线的安放角变化趋于均匀, 乙的取值为,,由特别是改善内流道流线安放角的变化趋势。因 此,二一马,几二及,这样,前此,双圆弧型大大优越于单圆弧型流道流线 段圆弧即可绘制出来。②按照上述同样的思路,在